Nanopartikel können Mikroorganismen schädigen

Umweltgeowissenschafter und Limnologen weisen toxisches Verhalten in Biofilmen nach.

Thilo Hofmann vom Department für Umweltgeowissenschaften und Tom Battin vom Department für Limnologie der Universität Wien untersuchten mit ihren Teams die Wirkung von künstlich hergestellten Nanopartikeln auf Mikroorganismen in Gewässern. Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass einmal in die Umwelt gelangtes Titandioxid aufgrund seiner photoreaktiven Eigenschaften zellschädigend ist.

Künstlich hergestellte Nanomaterialien sind kleiner als 100 nm (1 Nanometer = 1 Millionstel Millimeter) und zeigen deshalb häufig neuartige chemische, physikalische und optische Eigenschaften. Auf Grund dieser besonderen Eigenschaften finden sie ein breites Anwendungsgebiet in der Industrie, aber auch zunehmend in Alltagsprodukten. Der Markt für Nanotechnologie wird im nächsten Jahrzehnt auf eine Milliarde Euro geschätzt. Während der Produktion, der Anwendung oder Entsorgung gelangen diese Materialien aber auch in die Umwelt, z.B. über das Abwasser. Das Verhalten dieser Materialien und deren Effekte auf Organismen sind bisher weitgehend unerforscht.

Die nun publizierte Studie beschäftigt sich mit dem Transportverhalten von nanopartikulärem Titandioxid (TiO2), das aufgrund seiner hohen Produktionsraten und breiten Anwendungsgebiete in relevanten Konzentrationen über Wasser in die Umwelt gelangt.

Das besondere an der Studie ist der erste Nachweis der Zytotoxizität von sehr geringen Konzentrationen von Titandioxid unter natürlichen Umweltbedingungen. Hierzu wurden eigens Mikrokosmen an der WasserKluster Lunz GmbH, die den Nanopartikel-Transport in Fließgewässern naturnah darstellen, und die Effekte auf natürliche mikrobiologische Gemeinschaften untersucht.

Dafür werden Fließrinnen (130 cm Länge, 2 cm Breite, Wassertiefe 1,5 cm) mit gefiltertem Seewasser durchströmt. In der Grenzschicht zwischen Wasserphase und Sediment bildet sich ein so genannter Biofilm, eine dünne Schleimschicht, in der Mikroorganismen eingebettet sind. Sind die Nanopartikel im Wasser fein verteilt, ist deren Verbleib im Wasser sowie die Transportreichweite entsprechend erhöht und freischwimmende Organismen werden durch die Nanopartikel geschädigt.

Darüber hinaus wird das Titandioxid im Biofilm angereichert und kann hier unter Einfluss von Licht seine schädigende Wirkung entfalten. Ein Vergleich der beiden Testansätze zeigte zweierlei: Titandioxid ist zellschädigend, und der Biofilm hat eine schützende Wirkung auf die eingebetteten Organismen.

Die Studie trägt maßgeblich zum Verständnis der Zytotoxizität und des Transportverhaltens von Nanopartikeln in natürlichen aquatischen Systemen bei und erweitert somit das Bild, das man bisher von Nanopartikeln in Laborstudien gewinnen konnte.

Universität Wien

AL